Раздел 12. Испытания организационно-технических систем и их элементов
Испытание – понятие весьма многозначное. Происходит оно от латинского свойства examino, означающее исследовать, испытывать, взвешивать. Этот термин широко применяется в теории вероятности и математической статистике, технике, праве и т.д.
Так, в теории вероятностей и математической статистике испытанием называется реализация на практике какого-либо комплекса условий. Результатом (исходом) испытания при этом является событие.
В Государственном стандарте "Качество продукции. Контроль и испытания" (ГОСТ 16504-74) определение испытаний дается применительно к продукции, которая рассматривается как обобщающее понятие. Под испытаниями продукции понимается и "экспериментальное определение значений параметров и показателей качества продукции в процессе функционирования или при имитации условий эксплуатации, а также при воспроизведении воздействий на продукцию по заданной программе".
В настоящее время имеется ряд работ и исследований по испытаниям летательных аппаратов, различных двигательных установок, электрических машин, радиоэлектронной аппаратуре [1-5,8,9].
Во всех этих работах под испытанием понимается экспериментальное исследование объекта. Причем испытания современных технических объектов, особенно уникальных, являются весьма сложными многогранными процессами. Для исследования этих процессов одних методов математической статистики далеко недостаточно.
Испытания связываются с процессом создания объекта на всех уровнях (см. рис.1.1) и рассматриваются как один из важных путей для доработки объектов и сдачи их заказчику. Для этой цели предусматривается проведение контрольных, исследовательских, ресурсных и граничных испытаний на надежность, сохраняемость, транспортабельность и т.д. [1-5].
Основная цель испытаний – получение информации о состоянии испытываемых объектов и их элементов. Получение этой информации предусматривается и обеспечивается на этапах планирования испытаний, проведения испытаний и выработки управляющих решений.
Планирование предшествует организации и проведении работ, оно заключается в составлении программы действий системы испытаний на всех этапах жизненного цикла объектов.
В общем случае система испытаний является организационно-технической системой (ОТС). Основными элементами этой системы являются люди, испытываемые объекты, испытательное оборудование с соответствующим математическим обеспечением.
Общая схема испытаний составляется на начальном этапе проектирования объекта (при эскизном проектировании). На этом этапе составляется программа испытаний, которая включает цель и задачи испытаний, описание объекта испытаний….
12.1. Планы испытаний
Испытания представляют собой сложный процесс, в котором можно выделить три фазы:
Подготовка испытаний.
Проведение испытаний.
Обработка результатов испытаний.
Одной из задач, решаемых при подготовке испытаний, является задача планирования. При планировании испытаний необходимо стремиться к оптимизации плана. Но в плане испытаний практически нельзя учесть всех особенностей реальной ситуации, которая складывается во время функционирования системы. Поэтому разрабатываемые планы должны удовлетворять требованиям нечувствительности и гибкости.
Нечувствительность означает малое изменение программы испытаний при непредвиденном изменении характеристик системы и условий ее использования.
Гибкость плана связана со способностью программы испытаний оперативно реагировать и перестраиваться с целью компенсации непредвиденных "возмущений" плана.
Нечувствительность и гибкость плана могут быть обеспечены при так называемом адаптивном планировании. В математической постановке задача планирования испытаний сводится к оптимальному синтезу процесса испытаний. Решение этой задачи представляет собой важную проблему, так как испытание образцов военной техники – сложный комплексный процесс, объединяющий большое количество различных видов испытаний.
Рассмотрим особенности планирования испытаний на надежность элементов систем РКТ.
Планом испытания на надежность называется система правил, в соответствии с которыми производятся испытания, регистрируются наступающие отказы и определяется момент прекращения испытаний.
Планы испытаний на надежность можно разбить на три больших класса, которые обозначаются буквами U,R,M. Испытания невосстанавливаемой аппаратуры проводятся по планамUиR. Планы классаUхарактеризуются тем, что отказавшие изделия снимаются с испытаний и на их место не ставятся другие, а планы классаR– тем, что отказавшие изделия немедленно заменяются однотипными исправными. Испытаниям по плануMподвергается восстанавливаемая в случае отказа аппаратура. Планы типаRиспользуются тогда, когда отказавшее изделие легко заменить на исправное.
С точки зрения организации испытаний наиболее простым является план, который определяется следующими условиями:
В начальный момент t=0 на испытания ставятсяNизделий.
Отказавшие изделия не восстанавливаются и не заменяются исправными.
Испытания прекращаются при истечении заданного времени или наработки Tдля каждого неотказавшего изделия, т.е. испытания проводятся либо в интервале времени от 0 доT, либо до момента отказа всехNизделий, если такой момент наступит ранееT.
План, определяемый этими условиями, обозначается [NUT].
Испытания могут проводиться до момента наступления r-го отказа при условиях 1 и 2. В этом случае план имеет обозначение [NUr]. Приr=Nимеет место план [NUN], при котором испытания проводятся до момента отказа всех образцов.
Недостаток плана [NUr] заключается в том, что продолжительность испытаний по этому плану является случайной величиной, которая может принимать нежелательно большие значения. Тем не менее, такие планы широко применяются. Это объясняется тем, что методы обработки результатов испытаний для них оказываются проще, чем для планов [NUT].
Одной из комбинаций этих планов является план [NU(r,T)]. При таком плане испытания прекращаются либо в моментr-го отказа, либо при истечении времени испытаний или наработкиTкаждого неотказавшего изделия в зависимости от того, какое из этих условий будет выполнено ранее.
Обозначим через n(t) число элементов, отказавших к моменту времениt. Тогда условия прекращения испытаний можно представить графически (рисунок).
Рис. 9.1. Условия прекращения испытаний:
а – по плану [NUT]; б – по плану [NUr]; в – по плану [NU(r,T)]
Особенность планов класса Rзаключается в том, что каждый изNобъектом занимает определенную позицию (стенд, испытательную площадку и т.д.). При этом продолжительность испытанийTили число отказовrвычисляются применительно к каждой позиции. Например, испытания по плану [NRT] прекращаются при истечении времени испытаний или наработкиTдля каждой изNпозиций, а испытания по плану [NRr] – когда число отказавших объектов, суммарное по всемNпозициям, достигнетr. На практике находят применение также план [NR(r,T)], который является аналогом плана [NU(r,T)].
Планы испытаний [NMT] и [NMr] отличаются от планов [NUT] и [NUr] только тем, что после каждого отказа изделие восстанавливается и вновь становится на испытания. На практике находит применение план [NMT∑]. Испытания по этому плану прекращаются по истечении суммарного по всемNвосстанавливаемым объектам времени испытаний или наработкиT∑, т.е.
,
где Ti– время испытаний или наработкаi-го объекта.
Комбинацией планов [NMr] и [NMT∑] является план [NM(r,T∑)], испытания по которому прекращаются, когда суммарное по всем объектам число отказов достиглоrили по истечении суммарного по всем объектам времени испытаний или наработкиT∑в зависимости от того, какое из этих условий будет выполнено ранее.